摘要：通过对大型土石方开挖工程中挖装运设备配置的优化研究、实践和应用，总结了小湾孔雀沟砂石采场毛料开采、溪洛渡坝基及边坡开挖等工程中，挖装运设备的配置及在实践中不断优化的经验，以期为今后大型土石方开挖设备的培植提供参考依据。
关键词：土石方开挖；挖装运设备；配置；优化
机械配置是施工组织设计的一项重要内容，特别是对大型工程项目的施工尤为重要，合理的机械设备配置方案能保证工程按期完成，并且节约施工成本，从而给施工单位带来良好的经济效益。所以对施工设备配置方案进行优化研究，不仅具有良好的理论意义，而且有一定的实际意义。
1设备配置的一般原则
工程施工机械种类、规格繁多，各种机械又有着自身独特的技术性能和作业范围。一种机械可能有多种用途，而某一施工内容往往可以采用不同的机械去完成，或者需要若干机种联合工作。为了获得最佳的技术经济效果，根据具体的施工条件，对施工机械进行合理的选择和组合，使其发挥尽可能大的效能，是机械化施工中的一个重要环节。
工程量和施工进度是合理选择机械的重要依据。为了保证施工进度，提高经济效益，工程量大时采用大型机械，而工程量小时则采用中小型机械。但影响机械施工的因素是多方面的，一般情况下可以遵循以下原则。
1.1施工机械与工程项目的具体情况相适应
由于土石方工程施工面广，施工条件复杂多变，一方面，选用的施工机械类型应适应具体工程项目的地形、地质情况、气候、施工场地大小、运输距离、施工断面形状尺寸、工程质量等要求；另一方面，机械的容量要与工程进度及工程量任务符合，尽量避免因机械工作能力不足或剩余，造成工期延缓或机械利用效率太低的现象，在条件允许的情况下，尽量选择最能满足施工内容的机种和机型。
1.2选用的机型应有较好的经济性
施工机械经济性选择的基础是施工单价，主要的机械固定资产消耗及运行费用等因素有关。采用大型机械进行施工，虽然一次性投资大，但它可以分摊到较大的工程量当中，对工程成本影响较小。因此在选择机械时，必须权衡工程量与机械费用的关系，同时要考虑机械的先进性和可靠性，这是影响经济效益的重要因素。施工机械经济运距与开挖运输机械的选择见表1。
1.3应能保证工程质量要求和施工安全
根据工程项目的技术要求，选择合适的施工机械是保证工程质量的重要因素之一。对于技术要求高的项目，应考虑采用性能优良的机械和专用机械，以保证工程质量和较高的生产率。但应注意不可片面追求高性能专用机械，应在满足工程质量要求的前提下，与机械的通用性相结合。同时，机械应具有可靠的安全性能，如行驶稳定，有翻车或落体保护装置，危险施工项目可遥控作业等。此外，在保证施工人员、设备安全的同时，应注意保护自然环境。施工现场及其附近已有的其他建筑设施，不应因采用的机械不当而受到破坏和质量降低。
1.4机械的合理组合
合理地进行机械组合是发挥机械设备效率、形成机械化施工方案的重要因素，也是机械化施工的一个基本要求，它包括技术性能、机械类型及数量两个方面的配置。
施工机械类型及数量宜少不宜多，根据土石方施工项目的作业内容，尽可能选用大工作容量、高作业效率的相同类型的施工设备。一般来说，组合的施工机械台数适当减少有利于提高协同作业的效率。施工机械品种规格单一时，便于施工过程中的调度、管理和维护。
2施工机械的配置方法
2.1通过分析施工过程，合理选配施工机械。合理选配施工机械的主要依据是建设项目的工程量和施工进度。一般情况下，为了保证工程的施工质量、施工进度，提高技术经济效益，施工项目工程量大时应采用大型机械和先进设备，而工程量小时则应采用中小型施工机械，但这不是绝对的。
2.2拟订合理施工方案，正确选配施工机械。土石方工程施工，一般有多种施工方案可供选择。制定先进、合理施工方案的依据首先是工程性质、工程量、工程进度、施工条件，同时还要考虑尽可能多地使用现有设备，挖掘现有设备潜力，以免一次性机械设备费用投入做大（购买新的施工机械或租赁施工机械）。施工方案一旦确定，应首先选用基本工作的主要设备，即按照施工条件、工程进度和工作面的参数选择主要机械，然后根据主要机械的生产能力和性能选用配套机械。选择施工机械时.可参考类似工程的施工经验和有关机械手册。
3施工机械配置过程
在进行机械配置时，应根据施工环境及要求，结合工程量、工期等求出辅助机械及台数，如产生多种方案，应对其进行经济评价，求出最佳方案。其基本过程为：开始-施工条件-可选机型-经济性评价-确定机型-确定主导机械及数量-确定辅助机械数量-多方案经济评价-确定最优配置方案-结束。
4施工机械的配置算法
各作业面上施工机械型号的确定主要取决于具体工程的要求，所用施工机械的数量基本受两个因素的制约：一是工期或台班内每台施工机械的作业量。故工作面的计划时段内所有机械的数量N为
N=Q/（WPK）
式中：O――计划时段内的工程量；
W-――计划时段内的制度台班数；
P――每台施工机械的台班生产率；
K-――机械的台班利用率
实际应用中，各作业面施工设备的数量是通过传递的作业量求得。一般是后续机械的生产能力略大于主导机械的生产能力，这样可以充分发挥主导机械（即台班费高的机械）的生产潜力。依据设备配置的基本原则、基本公式和经验系数，由主导施工机械的生产能力，进而得出工作面上所有施工机械的数量和其他基础参数。下面以挖掘机、运输汽车为例说明施工机械的合理选择与配置。 4.1挖掘机的合理选择
挖掘机是土石方工程的一种主要施工机械。其特点是挖土石效率高、产量大，但它的机动性较差。挖掘机作业必须与自卸汽车配套使用，因此挖掘机适用于施工工期比较长、工程量比较大的公路工程。挖掘机性能参数和结构类型的选择直接影响施工进度、成本和效益。挖掘机的基本选择原则：挖掘机的斗容和数量与工程量和工程进度相适应；整机应有较高的可靠性、舒适性及性价比。挖掘机斗容的选择首先取决于工程量大小和工程进度要求。对于不同的工程量，选择合理的斗容量可大大降低施工成本。
4.2自卸汽车在质量与数量上的确定
自卸汽车与挖掘机配置的合理性是决定其生产率和经济效益的基本因素。自卸汽车的载质量和数量应符合挖掘机生产率和工程运距的要求。
载质量的大小不仅影响运输的生产率。而且影响施工成本。斗容量一定时。一个最佳在质量值，与其对应的单位作业成本最低。斗容量越大，单位成本最小值对应的载质量随之增加。运距和斗容越大，单位成本最小值对应的载质量随之增加。当运距和斗容量确定时，自卸汽车的载质量可参考表3选取。有关试验研究表明，挖掘机斗容量与载质量合理配置的基本要求是：斗容量1.00-1.25M3的挖掘机配置15-25T的自卸汽车。
自卸汽车的数量取决于运距和平均速度，确定的基本原则为：既能保持挖掘机工作的生产率要求，又不会经常产生装车等待现象。自卸汽车数量nz为
Nz=Tq/Tz+1
式中：Tq――自卸汽车平均运输周期
Tz――平均装载时间。
在实际作业中，平均运输周期和平均装载时间均为随机变量，需确定其概率分布才能加以精确描述。平均运输周期主要取决于平均行驶速度和运距，其中道路交通条件是关键因素。此外，运输周期还受装载和卸载工作面及工作场地的影响。为使挖掘机和自卸汽车具有较高的生产效率，除了合理确定其基本参数外，还应保证自卸汽车与挖掘机、卸土点之间具有最佳路线。对于大型工程，道路上的车辆密度应有所控制，以提高平均运输速度。
本文依据机械设备基本配置原则，根据施工任务的具体要求、施工工艺及现场条件，选取合适的机械设备类型和数量，使之配套，从而达到机械设备的合理、优化配置的目的。
对土石方工程机械进行合理选配，并进行严格和细致的管理，使其发挥最大效能是土石方工程采用机械化施工时的一个关键技术问题。施工机械的合理选配，不仅能大大降低施工成本，而且能加快施工进度，保证工程施工质量，具有十分显著的经济和社会效益。